(57)【要約】【課題】  装飾用途に適した発光ダイオードを提供する。【解決手段】  発光ダイオード１０は、発光体１２と、発光体１２に給電するリードフレーム１６と、発光体１２とリードフレーム１６の一部を覆う光透過性樹脂１４とを備える。光透過性樹脂１４の上面１８は、発光体１２による放射光の一部が全反射する条件を満足する位置に平面状に形成され、傾斜面２０は、放射光の一部が傾斜面２０の垂直線より下方向に屈折する条件を満足する位置に形成される。【選択図】  図３
2006237321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光体と、前記発光体に給電するリードフレームと、前記発光体と前記リードフレームの一部を覆う光透過性樹脂とを備える発光ダイオードにおいて、
前記光透過性樹脂の上面は、前記発光体による放射光の一部が全反射する条件を満足する位置に平面状に形成され、
前記光透過性樹脂の上面の周縁から、前記光透過性樹脂の側面との間に傾斜面が形成されることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記傾斜面は、前記発光体による放射光の一部が前記傾斜面の垂直線より下方向に屈折する条件を満足する位置に形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記発光体は、前記光透過性樹脂の側面で囲まれた領域中に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記発光体の上面は、前記光透過性樹脂の傾斜面と側面の境界面に位置することを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記光透過性樹脂の傾斜面が凸レンズ状に形成されることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードに関し、特に装飾用途に用いられる発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の発光ダイオードを模式的に示した図である。図１における矢印は放出光の向きを示す。これまで、発光ダイオードは、主として電子機器等のインディケーターとして使用されていた。そのため、正面方向（図１において発光ダイオードの上方向）からの視認性を確保すればよく、発光ダイオードの正面方向に強い指向性を持っていた。
【０００３】
近年、発光ダイオードの高性能化が進み、電光掲示板や信号機等に使用される場合が多くなってきている。こうした用途では、正面方向だけでなく、斜め方向からも光を視認できる必要があるため、複数の発光ダイオードを向きを変えて設けたり、発光ダイオードの前方に光拡散板や光拡散フィルムを設ける等の方法をとることによって指向性を広げている。特許文献１では、発光ダイオードの凸レンズの頂部に平面を設けることによって指向性を広げる方法を提案している。
【０００４】
また、最近では、ツリーイルミネーション等の装飾用途の照明にも、発光ダイオードの使用が提案されるようになってきている。発光ダイオードは、従来装飾用途に用いられてきた白熱球に比べて、消費電力が少なく、寿命が長いというメリットがあるが、指向性が狭いため、装飾用途には本来不向きである。このため、発光ダイオードの光透過性樹脂の表面をすりガラス状に形成して指向性を広げる方法が提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】実開昭６２−７３５６３号公報
【特許文献２】特開２０００−５８９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ツリーイルミネーション等の装飾用途では、設置される際にどの向きに設置されるかは分からない場合が多く、どの方向からも光を視認できることが望ましい。また、パネル照明の用途においては、特にパネルをアルミ板などの金属材料で構成する場合、発光ダイオードから直接放出される光だけでなく、発光ダイオードを取り付けたパネルから光を反射させることで、パネル照明の装飾効果を高めることができる。そのため、発光ダイオードからの放出光に、発光ダイオードの上方向だけでなく、下方向ないしは横方向にも指向性をもたせることが望ましい。
【０００６】
また、装飾用途では大量の発光ダイオードを大量に使用することが多い。そのため製造コストを低くすることが望ましいが、特許文献２によると、発光ダイオードの頭部表面をすりガラス状に食刻する行程が必要となり、製造コストは高くなる。
【０００７】
そこで、本発明は、装飾用途に適した発光ダイオードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光ダイオードは、発光体と、発光体に給電するリードフレームと、発光体とリードフレームの一部を覆う光透過性樹脂とを備える発光ダイオードにおいて、光透過性樹脂の上面は、発光体による放射光の一部が全反射する条件を満足する位置に平面状に形成され、光透過性樹脂の上面の周縁から、光透過性樹脂の側面との間に傾斜面が形成されることを特徴とする。
【０００９】
この態様によれば、発光体から放射された放射光の一部が、平面状に形成された光透過性樹脂の上面から全反射されるので、発光ダイオードの下方向への放出光を生成でき、装飾効果を高めることができる。また、光透過性樹脂に傾斜面を設けているので、傾斜面を設けない場合に比べて発光体の虚像を複数視認できる範囲を広げることができ、視認性を向上させ、装飾用途に適した発光ダイオードを提供することができる。
【００１０】
光透過性樹脂の傾斜面は、前記発光体による放射光の一部が前記傾斜面の垂直線より下方向に屈折する条件を満足する位置に形成されてもよい。この場合、傾斜面の垂直線よりも下方向に、放射光を屈折させることができ、傾斜面を設けない場合よりも発光ダイオードの横方向への放出光を増やすことができ、装飾用途に適した発光ダイオードを提供することができる。
【００１１】
発光体は、光透過性樹脂の側面で囲まれた領域中に位置してもよい。これにより、発光体の上部に傾斜面を位置させることができ、横方向への放出光を増やすことができる。
【００１２】
発光体の上面は、光透過性樹脂の傾斜面と側面の境界面に位置してもよい。これにより、横方向への光を放出しつつ、下方向への反射光を増やすことができ、発光ダイオードの装飾効果を高めることができる。
【００１３】
光透過性樹脂の傾斜面は、凸レンズ状に形成されてもよい。この場合、凸レンズ面に入射した放射光の屈折する方向を調整することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、装飾用途に適した発光ダイオードを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図２は、本発明の実施形態にかかる発光ダイオードを複数個連結した装飾用の照明器具を示す図である。図２における矢印は放出光の向きを示す。本発明の実施形態にかかる発光ダイオードは、発光ダイオードの上方向だけでなく、下方向および／または横方向に光を放出することができるので、装飾用途に適している。なお、発光ダイオードの上方向とは、光源から、光源を覆う樹脂の上面ないしは上面近傍に向かう方向をいう。同様に、発光ダイオードの下方向は、光源から樹脂下面に向かう方向である。以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態にかかる発光ダイオードついて詳細に説明する。
【００１６】
図３は、本発明の実施形態にかかる発光ダイオードの縦断面を模式的に示す図である。発光体１２は、その側面および下面をすり鉢状の反射体２４で構成される。ＬＥＤチップ２８は、反射体２４の内部に設けられ、その周囲には蛍光体２６が充填される。ＬＥＤチップ２８は、反射体２４の中心位置に設けられて、蛍光体２６に対して中心軸方向に強い相対強度を有して光を放出することが好ましい。蛍光体２６は、反射体２４の開口縁部まで充填される。発光体１２の上面には、蛍光体２６が露出する。
【００１７】
ＬＥＤチップ２８は、リードフレーム１６を介して電力を供給される。リードフレーム１６の一方は、反射体２４と接続され、ＬＥＤチップ２８と電気的に接続される。リードフレーム１６の他方は、ワイヤ（図示せず）を介してＬＥＤチップ２８と電気的に接続される。発光体１２とリードフレーム１６の一部は光透過性樹脂１４によって覆われる。光透過性樹脂１４は、エポキシ樹脂であってよい。光透過性樹脂１４の屈折率は、空気の屈折率より大きい値、例えば１．３〜１．５であってよい。
【００１８】
本実施形態の発光ダイオード１０において、光透過性樹脂１４の上面１８は、発光体１２による放射光の一部が全反射する条件を満足する位置に平面状に形成され、上面１８の周縁から、光透過性樹脂１４の側面２２との間に傾斜面２０が形成される。ここで、放射光とは、発光体１２から放射された後、一度も反射や屈折をしていない光である。
【００１９】
上面１８で放射光の一部を全反射させることにより、発光ダイオード１０の下方向への放出光を生成でき、装飾効果を高めることができる。
【００２０】
なお、既述したように、発光体１２の上面には蛍光体２６が一定の面積を有して表出しており、発光体１２は面発光の光源であるが、ＬＥＤチップ２８が反射体２４の中心に設けられているため、実質的な点光源とみなしてもよい。以下においては、発光体１２が点光源であるものとして説明する。
【００２１】
光源からは、様々な放射角θで光が放射される。放射角θは、光源から上面１８への垂線に対する放射光の角度とする。最大の放射角θｍは、ＬＥＤチップ２８、反射体２４、蛍光体２６、および光透過性樹脂１４等によって決まるが、本実施形態の発光ダイオード１０では、光透過性樹脂１４の上面１８において放射光を全反射させるため、最大放射角θｍが臨界角θｃより大きいことを前提とする。なお、発光体１２の側面は反射体２４で覆われており、下方向への放射が制限されるため、θｍの最大値は９０°となる。
【００２２】
光は、均質な物質の中をほぼ直進するが、異なる物質との境界面では、反射と屈折が起こる。屈折率が高い（ｎ１）物質から、屈折率が低い（ｎ２）物質に光が入射した場合、屈折率ｎ１とｎ２とから決まる臨界角θｃより大きい入射角で入射した光は、屈折せずにすべてが反射（全反射）される。反射角は、反射の法則により、入射角と同じになる。
【００２３】
図４は、全反射を説明するための図である。以下、発光体１２を光源３０として説明する。光源３０から、臨界角θｃより大きい放射角θ１で放射され、入射角θ１で上面１８に入射した放射光３１は、反射角θ１で全反射される。反射光の一部は側面２２または傾斜面２０で屈折して空気中に放出される。
【００２４】
図５は、上面で放射光の一部が全反射する条件を示す図である。光源３０から上面１８までの距離をｄとし、光源３０から臨界角θｃの方向に伸ばした直線が上面１８と傾斜面２０の境界線３２に交差するときのｄをｄ１とする。ｄがｄ１より大きい場合（図５のｄ２）には、放射角θが臨界角θｃより大きい放射光３３は、傾斜面２０または側面２２に入射するので、上面１８で放射光が全反射することはない。一方、ｄがｄ１より小さい場合（図５のｄ３）には、放射角θが臨界角θｃより大きく、上面１８に入射した放射光３５は、上面１８で全反射する。
【００２５】
図５から、光源３０から上面１８への垂線３４から境界線３２までの距離をａとすると、放射光の一部が全反射する条件は、
ｄ＜ａ／ｔａｎθｃ  （１）
と表すことができる。
【００２６】
以上から、ｄを（１）式を満たす値に設定することで、放射光を上面１８で全反射させ、発光ダイオード１０の下方向に光を放出することができる。
【００２７】
また、既述したように、本実施形態の発光ダイオード１０では、上面１８の周縁から、側面２２との間に傾斜面２０が形成される。傾斜面２０を設けることで、発光ダイオード１０の横方向への放出光を生成でき、装飾効果を高めることができる。
【００２８】
図６は、傾斜面を設けることによって生じる光路の変化について説明するための図である。まず、傾斜面２０を設けない場合の放出光の光路について説明する。光源から放射角θで放射され、側面２２に入射された放射光４２は、屈折して側面４８から空気中に放出される（放出光４４）。スネルの法則により、放射光４２の屈折角は入射角よりも大きくなるので、放出光４４の放出角をθｄとすれば、放出角θｄは放出光の放射角θよりも小さくなる。放射角θは常に９０°よりも小さいため、放出光４４が発光ダイオードの上方向に向かうことになる。
【００２９】
一方、図６に点線で示す傾斜面２０を設けた場合は、光源から放射角θで放射され、傾斜面２０に入射された放射光４２は、点線で示す放出光４６のように、傾斜面２０で屈折して空気中に放出される。このように、傾斜面２０を設けることにより、傾斜面２０の垂直線よりも下方向に、放射光を屈折させることができ、傾斜面を設けない場合よりも発光ダイオード１０の横方向への放出光を増やすことができる。なお、垂直線よりも下方向に放射光が屈折するとは、垂直線と側面とがなす鈍角よりも、屈折光と側面とがなす角度が小さくなるように放射光が屈折することを意味する。
【００３０】
図７は、傾斜面に放射光が入射する条件を示す図である。図７において、光源３０から最大放射角θｍの方向に伸ばした直線が境界線３２に交差するときのｄをｄ４とすると、ｄがｄ４より大きい場合に、放射光は傾斜面２０に入射する。
【００３１】
図７から、放射光の一部が傾斜面２０に入射する条件は、
ｄ＞ａ／ｔａｎθｍ  （２）
と表すことができる。
【００３２】
図８は、傾斜面に入射した放射光が、傾斜面の垂直線よりも下方向に屈折する条件を示す図である。傾斜面の傾斜角をφとすると、傾斜面２０に入射した放射角θの放射光の入射角はθ−φの絶対値で表される。
【００３３】
図８に示すように、傾斜角φが最大放射角θｍよりも大きい場合（θｍ１）には、放射光６６は傾斜面２０の垂直線よりも上方向に屈折して空気中に放出される（放出光６８）。一方、傾斜角φが最大放射角θｍよりも小さい場合（θｍ３）に、放射光６２は傾斜面２０の垂直線よりも下方向に屈折して、空気中に放出される（放射光６４）。
【００３４】
以上から、（２）式を満たす値にｄを設定し、傾斜面２０の傾斜角φを最大放射角θｍよりも小さい値に設定することで、傾斜面２０に入射した放射光を、傾斜面２０の垂直線よりも下方向に屈折させることができ、傾斜面を設けない場合よりも、発光ダイオード１０の横方向への放出光を増やすことができる。
【００３５】
図９は、発光ダイオードの指向特性を示す図である。（１）式および（２）式の条件を満たす値にｄを設定し、傾斜面２０の傾斜角φを最大放射角θｍよりも小さい値に設定した発光ダイオード１０を作成し、指向特性の測定を行っている。
【００３６】
一般的な発光ダイオードの場合、９０°〜１８０°の範囲での光度は０％近くまで下がるが、本実施形態の発光ダイオード１０においては、約９０°〜１８０°の範囲においてもほぼ４０％以上の光度を実現している。また、１０５°付近と１６５°付近では、７０％以上の光度を実現している。この特性からも、発光ダイオード１０は装飾用途に優れていることが分かる。
【００３７】
ところで、光の視認性は、光量が同じ場合でも、光源の発光面積が広い方がよくなることは広く知られるところである。本実施形態においても、発光体１２の発光面積を実際よりも広く見せることができれば視認性を向上させることができる。
【００３８】
物体から出た光がレンズや反射鏡などによって発散させられた時、発散した光線を逆方向に延長して収束させた位置には虚像ができる。発光体１２の虚像が複数見える場合には、発光面が実際よりも広がったように見えるので、視認性を向上させ、装飾効果を高めることができる。本実施形態の発光ダイオード１０においては、傾斜面２０を設けているので、傾斜面２０を設けない場合に比べて発光体１２の虚像を複数視認できる範囲を広げることができる。
【００３９】
図１０は、虚像の視認できる範囲について説明するための図である。なお、以下においても、発光体１２を点光源とする。図１０（ａ）は、傾斜面２０を設けない場合の虚像の視認できる範囲について説明するための図である。Ａの位置から発光ダイオードを見た場合は、光源３０からＡまでに２つの光路が生じる。この場合、放出光８２を延長した直線上に虚像８８が見え、放出光８４を延長した直線上に虚像９０が見えるので、光源３０の虚像が２つ見える。一方、Ｂの位置から発光ダイオードを見た場合は、光源３０からＢまでの光路は、放出光８６の１つであり、虚像９２が１つ見えるだけである。
【００４０】
図１０（ｂ）は、傾斜面２０を設けた場合の虚像の視認できる範囲について説明するための図である。Ａの位置から発光ダイオード１０を見た場合は、光源３０からＡまでは放出光９４と放出光９６の２つの光路が生じる。この場合、虚像１０４と虚像１０６の２つの虚像が見える。また、Ｂの位置から発光ダイオード１０を見た場合においても、光源３０からＢまでは放出光９８と放出光１００の２つの光路が生じるので、虚像１０２と虚像１０８の２つの虚像が見える。
【００４１】
以上から、本実施形態の発光ダイオード１０は、傾斜面２０を備えることにより、発光体１２の虚像が複数見える範囲を広げることができる。
【００４２】
発光体１２は、光透過性樹脂１４の側面２２で囲まれた領域中に位置してもよい。図１１は、発光体が、光透過性樹脂の側面で囲まれた領域中に位置する発光ダイオードを示す図である。これにより、発光体の上部に傾斜面を位置させることができ、横方向への放出光を増やすことができる。
【００４３】
この場合、放射光の一部が上面１８において全反射する条件を満たし、傾斜面２０の垂直線より下方向に屈折して放出される条件を満たすことができ、装飾効果を高めることができる。これにより、横方向への光を放出しつつ、下方向への反射光を増やすことができ、発光ダイオードの装飾効果を高めることができる。
【００４４】
発光体１２の上面は、光透過性樹脂１４の傾斜面２０と側面２２の境界面に位置してもよい。図１２は、発光体の上面が、光透過性樹脂の傾斜面と側面の境界面に位置する発光ダイオードを示す図である。
【００４５】
この場合、特に、放射光の一部が上面１８において全反射する条件を満たし、傾斜面２０の垂直線より下方向に屈折して放出される条件を満たすことができ、装飾効果を高めることができる。
【００４６】
光透過性樹脂１４の傾斜面２０は、凸レンズ状に形成されてもよい。図１３は、傾斜面を凸レンズ状に形成した発光ダイオードを示す図である。凸レンズ面１２０の傾斜角φは、凸レンズ面の接線の傾斜角となる。
【００４７】
この場合、凸レンズ面１２０の曲率半径を調節することで、凸レンズ面１２０に入射した放射光の屈折する方向を調整することができ、装飾効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】従来の発光ダイオードを模式的に示した図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる発光ダイオードを複数個連結した装飾用の照明器具を示す図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる発光ダイオードの縦断面を模式的に示す図である。
【図４】全反射を説明するための図である。
【図５】上面で放射光の一部が全反射する条件を示す図である。
【図６】傾斜面を設けることによって生じる光路の変化について説明するための図である。
【図７】傾斜面に放射光が入射する条件を示す図である。
【図８】傾斜面に入射した放射光が、傾斜面の垂直線よりも下方向に屈折する条件を示す図である。
【図９】発光ダイオードの指向特性を示す図である。
【図１０】虚像の視認できる範囲について説明するための図である。
【図１１】発光体が、光透過性樹脂の側面で囲まれた領域中に位置する発光ダイオードを示す図である。
【図１２】発光体の上面が、光透過性樹脂の傾斜面と側面の境界面に位置する発光ダイオードを示す図である。
【図１３】傾斜面を凸レンズ状に形成した発光ダイオードを示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  発光ダイオード、  １２  発光体、  １４  光透過性樹脂、  １６  リードフレーム、  １８  上面、  ２０  傾斜面、  ２２  側面。
【図１】
2006237321.tif 000003
【図２】
2006237321.tif 000004
【図３】
2006237321.tif 000005
【図４】
2006237321.tif 000006
【図５】
2006237321.tif 000007
【図６】
2006237321.tif 000008
【図７】
2006237321.tif 000009
【図８】
2006237321.tif 000010
【図９】
2006237321.tif 000011
【図１０】
2006237321.tif 000012
【図１１】
2006237321.tif 000013
【図１２】
2006237321.tif 000014
【図１３】
2006237321.tif 000015